โซลาร์เซลล์แบบเข้มข้นบนชั้นดาดฟ้าชนะรางวัลใหญ่เหนือซิลิคอนในการทดสอบกลางแจ้ง

& quot;เซลล์แสงอาทิตย์เมื่อก่อนมีราคาแพง แต่ตอนนี้'กำลังถูกลงจริงๆ" Chris Giebink, Charles K. Etner ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้า, Penn State กล่าว"ด้วยเหตุนี้ เซลล์แสงอาทิตย์จึงไม่ใช่ต้นทุนหลักในการผลิตพลังงานอีกต่อไป ค่าใช้จ่ายส่วนใหญ่ที่เพิ่มขึ้นนั้นอยู่ในทุกสิ่งทุกอย่าง - อินเวอร์เตอร์ ค่าแรงในการติดตั้ง ค่าธรรมเนียมการอนุญาต ฯลฯ - ทุกสิ่งที่เราเคยละเลย"

ภูมิทัศน์ทางเศรษฐกิจที่เปลี่ยนแปลงนี้ทำให้ประสิทธิภาพสูงขึ้น ตรงกันข้ามกับแผงโซลาร์เซลล์ซิลิคอนซึ่งปัจจุบันครองตลาดอย่างมีประสิทธิภาพ 15 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ โฟโตโวลตาอิกมุ่งเน้นแสงอาทิตย์ไปยังเซลล์สุริยะที่มีขนาดเล็กกว่า แต่มีประสิทธิภาพมากกว่า เช่น เซลล์สุริยะที่ใช้กับดาวเทียม เพื่อให้มีประสิทธิภาพโดยรวม 35 ถึง 40 เปอร์เซ็นต์ ระบบ CPV ปัจจุบันมีขนาดใหญ่ - ขนาดของป้ายโฆษณา - และต้องหมุนเพื่อติดตามดวงอาทิตย์ในระหว่างวัน ระบบเหล่านี้ทำงานได้ดีในทุ่งโล่งที่มีพื้นที่กว้างขวางและมีแสงแดดส่องถึงโดยตรง

& quot;สิ่งที่เรา'กำลังพยายามทำคือสร้างระบบ CPV ที่มีประสิทธิภาพสูงในรูปแบบแฟกเตอร์ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบซิลิคอนแบบดั้งเดิม" Giebink กล่าว

ในการทำเช่นนี้ นักวิจัยได้ฝังเซลล์แสงอาทิตย์แบบ multi-junction ขนาดเล็กที่มีขนาดประมาณครึ่งมิลลิเมตรสี่เหลี่ยมจัตุรัส ลงในแผ่นกระจกที่เลื่อนไปมาระหว่างอาร์เรย์เลนส์เล็ตพลาสติกคู่หนึ่ง การจัดเรียงทั้งหมดมีความหนาประมาณ 2 เซนติเมตร และการติดตามทำได้โดยเลื่อนแผ่นโซลาร์เซลล์ไปทางด้านข้างระหว่างอาร์เรย์เลนส์เลต ขณะที่แผงยังคงยึดติดกับหลังคา การติดตามตลอดวัน' นั้นต้องใช้การเคลื่อนไหวประมาณ 1 เซนติเมตร ซึ่งแทบจะมองไม่เห็นเลย

& quot;เป้าหมายของเราในการทดลองล่าสุดเหล่านี้คือการแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ทางเทคนิคของระบบดังกล่าว" Giebink กล่าว"เรารวบรวมต้นแบบที่มีไมโครเซลล์เพียงตัวเดียวและเลนส์คู่หนึ่งที่มีความเข้มข้นของแสงแดดมากกว่า 600 ครั้ง นำออกไปกลางแจ้งและปล่อยให้มันติดตามดวงอาทิตย์โดยอัตโนมัติตลอดทั้งวัน"

เนื่องจากทีมต้องการทราบว่ามีแสงแดดส่องโดยตรงและกระจายแสงมากเพียงใดในระหว่างการทดสอบ พวกเขาจึงตั้งศูนย์วิจัยการเกษตรรัสเซลล์ อี. ลาร์สันที่รัฐเพนน์สเตตซึ่งมีไซต์ตรวจสอบการแผ่รังสีพื้นผิวของมหาสมุทรและบรรยากาศแห่งชาติ นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Jared Price และ Alex Grede ทำงานร่วมกับนักวิจัยหลังปริญญาเอก Baomin Wang เพื่อทดสอบระบบในช่วงสองวันที่มีแดดจัดตั้งแต่เช้าจรดค่ำพร้อมกับเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนเชิงพาณิชย์

นักวิจัยรายงานในNature Energy ว่าระบบ CPV มีประสิทธิภาพถึง 30 เปอร์เซ็นต์ ตรงกันข้ามกับประสิทธิภาพของเซลล์ซิลิคอน 17 เปอร์เซ็นต์ เมื่อรวมกันตลอดทั้งวัน ระบบ CPV ผลิตพลังงานมากกว่าซิลิคอนร้อยละ 54 และอาจถึงร้อยละ 73 หากหลีกเลี่ยงไม่ให้ไมโครเซลล์ให้ความร้อนจากแสงแดดจัด

จากข้อมูลของ Giebink เทคโนโลยี CPV สำหรับการติดตามแบบฝังตัวนี้จะเหมาะสำหรับสถานที่ที่มีแสงแดดส่องถึงโดยตรง เช่น ทางตะวันตกเฉียงใต้ของสหรัฐอเมริกาหรือออสเตรเลีย

Giebink ตั้งข้อสังเกตว่าความท้าทายที่สำคัญยังคงรออยู่ข้างหน้าในการขยายขนาดระบบไปยังพื้นที่ที่ใหญ่ขึ้น และพิสูจน์ให้เห็นว่าระบบสามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในระยะยาว แต่เขายังคงมองโลกในแง่ดี

& quot;ด้วยวิศวกรรมที่ถูกต้อง เรา'กำลังมองหาการเปลี่ยนแปลงขั้นตอนในประสิทธิภาพที่อาจมีประโยชน์ในการใช้งานตั้งแต่หลังคาจนถึงรถยนต์ไฟฟ้า -- ในทุกที่จริงๆ's สำคัญในการสร้างพลังงานแสงอาทิตย์จำนวนมากจากพื้นที่จำกัด"